JP2014100673A - バラスト水の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 バラスト水処理における塩素系活性物質の添加量を最適に決定することの可能なバラスト水の制御方法を提供する。
【解決手段】 塩素系活性物質を添加していない未処理バラスト水を採取し、該バラスト水に塩素系活性物質を添加して該塩素系活性物質による全残留酸化性物質濃度の経時的変化を測定する。そして、３以上の計測時間の全残留酸化性物質濃度（初期全残留酸化性物質濃度を含む）に基づき、対数式；Ｃ＝ａ・ｌｎ（ｔ）＋ｂ を満たす条件ａ及びｂの値を算出し、バラスト水の排水予定時間における全残留酸化性物質濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以上となる塩素系活性物質の添加量を決定する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、バラスト水処理における塩素系活性物質の添加量を最適に決定してバラスト水を制御するための方法に関する。

一般に船舶、特に貨物船は、積載貨物などの重量を含めて設計されているため、空荷または積荷が少ない状態の船舶は、プロペラ没水深度の確保、空荷時における安全航行の確保等の必要性から、出港前に港において海水を取水して船舶のバランスを取るが、このバラストとして用いられる水のことを船舶バラスト水とよぶ。この船舶バラスト水は、無積載で出港するとき、その出港地で港の海水などをバラストタンクに積み込む一方、逆に港内で積荷をするときには、船舶バラスト水の排水を行う。

ところで、環境の異なる荷積み港と荷下し港との間を往復する船舶によって船舶バラスト水の注排水が行われると、荷積み港と荷下し港における船舶バラスト水に含まれる微生物の差異により沿岸生態系に悪影響を及ぼすことが懸念されている。そこで、船舶の船舶バラスト水管理に関する国際会議において２００４年２月に船舶の船舶バラスト水及び沈殿物の規制及び管理のための国際条約が採択され、船舶バラスト水の処理が義務付けられることとなった。

船舶バラスト水の処理基準として国際海事機構（ＩＭＯ）が定める基準は、船舶から排出される船舶バラスト水に含まれる５０μｍ以上の生物（主に動物プランクトン）の数が１ｍ^３中に１０個未満、１０μｍ以上５０μｍ未満の生物（主に植物プランクトン）の数が１ｍｌ中に１０個未満、コレラ菌の数が１００ｍｌ中に１ｃｆｕ未満、大腸菌の数が１００ｍｌ中に２５０ｃｆｕ未満、腸球菌の数が１００ｍｌ中に１００ｃｆｕ未満となっている。

このようなバラスト水の処理基準を満たすために、船舶バラスト水に次亜塩素酸ナトリウムや次亜塩素酸カルシウムなどの塩素系活性物質の殺菌剤を添加して、滞留時間を確保することにより微生物等を殺滅する船舶バラスト水の処理方法が提案されている。このバラスト水処理における塩素系活性物質の添加量は、ＩＭＯ基本承認時に設定された最大許容添加量（ＭＡＤ)を指標として決定される。

しかしながら、バラスト水に塩素系活性物質を添加した場合、時間とともに塩素が消費されるので、塩素系活性物質の消費速度を算出して、バラスト水の排出時、すなわち航海の終了時までの必要量を添加するのが望ましい。一般的に塩素の消費速度を算出する手法として、特許文献１に記載された下記計算式を用いた塩素減衰予測法が公知である。
Ｃ＝ｚ・Ｃ_０・ｅ^−ｋｔ
（式中、Ｃ_０は塩素注入管出口における塩素濃度であり、Ｃは時間（ｔ）における塩素濃度であり、ｋは反応定数であり、ｔは経過時間であり、ｚは塩素注入後の塩素残留係数である。）

特開平０８−４１６７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された塩素減衰予測法は、予測に際してはバラスト水に高濃度で塩素系活性物質を添加することが多いが、このような場合には塩素系活性物質の初期減衰速度が大きく、初期塩素消費速度とそれ以降の塩素消費速度との相関が小さいため、活性物質添加後、例えば１２０分以下といった比較的短時間の塩素消費量から数日後の塩素濃度を予想することが難しい、という問題点があった。

さらに、実際のバラスト水は、採取場所の汚染状況、採取水深、採取時期、航海の期間等、多くの要因によって水質が変化する。この水質変化は、単純にＳＳだけでなくＤＯＣ、ＰＯＣ、アンモニア、亜硝酸、無機塩類、有機物の種類や量に依存する。しかしながら、従来の方法では、この水質の変化に伴い塩素系活性物質の消費速度が異なることに追従できない、という問題点があった。

この対応として、数日間経過後でも十分な残留塩素濃度が見込めるだけの過剰量の塩素系活性物質を添加することが考えられるが、最大許容添加量（ＭＡＤ)より多くの塩素系活性物質を添加することはできない。さらに、清澄な水に対して、塩素系活性物質の添加量を決定した場合、大部分の活性物質が排出時に残留することで排出水の毒性が高くなることや、残留した活性物質を分解するための中和剤の添加量が膨大になる等の不都合が生じる、という問題点がある。このように従来は、バラスト水の排出時までの殺菌性を維持できるだけの全残留酸化性物質濃度（残留塩素濃度）を保持しつつ、かつその添加量を抑制した塩素系活性物質の添加量を最適に決定することの可能なバラスト水を制御する方法はなかった。

本発明は、かかる課題を解決して、バラスト水処理における塩素系活性物質の添加量を最適に決定することの可能なバラスト水の制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、取水口から取水されたバラスト水をバラストタンクに供給するに際し、該バラスト水中の水生微生物を殺菌処理するための塩素系活性物質を添加するバラスト水の制御方法であって、塩素系活性物質を添加していない未処理のバラスト水をあらかじめ採取し、該未処理のバラスト水に塩素系活性物質を添加して前記塩素系活性物質による全残留酸化性物質濃度の経時的変化を測定し、３以上の計測時間の全残留酸化性物質濃度（初期全残留酸化性物質濃度を含む）に基づき、下記対数式
Ｃ＝ａ・ｌｎ（ｔ）＋ｂ
（式中、ａ及びｂはそれぞれ反応定数であり、ｔは経過時間であり、Ｃは全残留酸化性物質濃度である。）を満たすａ及びｂの値を算出し、この算出された対数式からバラスト水の排出予定時間における全残留酸化性物質濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以上となる塩素系活性物質の添加量を決定することを特徴とするバラスト水の制御方法を提供する（発明１）。

上記発明（発明１）のように、実際に塩素系活性物質を添加する前の未処理のバラスト水を採取し、このバラスト水に塩素系活性物質を添加して該塩素系活性物質による全残留酸化性物質濃度の経時的変化を測定した場合、この経時的変化は、対数式によって模擬される。そして、この対数式は、例えば１２０分以下などの短時間の経時的変化の結果に基づき、精度よく算出できることを本発明者らは見出した。そこで、全残留酸化性物質濃度の短時間の経時的変化に基づき、対数式を算出し、この対数式からバラスト水の排水予定時間における全残留酸化性物質濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以上となる塩素系活性物質の添加量を決定することで、活性物質の過剰添加や添加不足を防止できる。また、排出水の毒性を低くすることや中和剤の添加量を少なくすることができる、という効果も奏する。

上記発明（発明１）においては、前記塩素系活性物質が、ジクロロイソシアヌル酸塩、トリクロロイソシアヌル酸塩および次亜塩素酸塩から選ばれた１種または２種以上であるのが好ましい（発明２）。

かかる発明（発明２）によれば、これらの塩素系活性物質は、船舶バラスト水などに含まれる微生物の殺菌性に優れているとともに、全残留酸化性物質濃度による対数式による計算と実測値とがある程度近似するので、塩素系活性物質の添加量を決定するのに好適である。

本発明のバラスト水の制御方法によれば、塩素系活性物質を添加していない未処理のバラスト水をあらかじめ採取し、該未処理のバラスト水に塩素系活性物質を添加して前記塩素系活性物質による全残留酸化性物質濃度の経時的変化を測定し、３以上の計測時間の全残留酸化性物質濃度（初期全残留酸化性物質濃度を含む）に基づき、バラスト水の排水予定時間における全残留酸化性物質濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以上となる塩素系活性物質の添加量を決定しているので、該塩素系活性物質の添加量を最適に決定することができ、塩素系活性物質の過剰添加や添加不足を防止できる。また、排出水の毒性を低くすることや中和剤の添加量を少なくすることができる。

本発明の一実施形態に係るバラスト水の制御方法における４種類の海水での次亜塩素酸ナトリウム（酸化性物質）濃度の減衰挙動を示すグラフである。 図１における初期、５分後、３０分後の全残留酸化性物質濃度に基づき算出した対数曲線を示すグラフである。 ４種類の海水の図２の対数曲線に基づく５日後の全残留酸化性物質濃度の計算値と、４種類の海水の５日後の全残留酸化性物質濃度の実測値とを示すグラフである。 ４種類の海水の比較例（特許文献１）の算出方法に基づく５日後の全残留酸化性物質濃度の計算値と、４種類の海水の５日後の全残留酸化性物質濃度の実測値とを示すグラフである。

以下、本発明のバラスト水の制御方法について、一実施形態に基づき詳細に説明する。

本実施形態のバラスト水の制御方法は、取水口から取水されたバラスト水をバラストタンクに供給するに際し、該バラスト水中の水生微生物を殺菌処理する塩素系活性物質の添加量を決定するためのものであり、塩素系活性物質を添加していない未処理のバラスト水をあらかじめ採取し、該未処理のバラスト水に塩素系活性物質を添加して該塩素系活性物質による全残留酸化性物質濃度の経時的変化を測定する。

次に、３以上の計測時間の全残留酸化性物質濃度（初期全残留酸化性物質濃度を含む）に基づき、下記対数式
Ｃ＝ａ・ｌｎ（ｔ）＋ｂ ・・・ （１）
（式中、ａ及びｂはそれぞれ反応定数であり、ｔは経過時間であり、Ｃは全残留酸化性物質濃度である。）を満たすａ及びｂの値を算出する。そして、算出された対数式からバラスト水の排水予定時間（排出経過時間）における全残留酸化性物質濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以上となる塩素系活性物質の添加量を決定する。

本発明者らの研究の結果、世界各地の港湾の水を塩素処理することによって、ほとんどすべての港湾水が、塩素系活性物質に起因する塩素（全残留酸化性物質）を上記の対数の近似曲線に従って消費すると仮定できることを発見して完成に至った。なお、全残留酸化性物質濃度とは、ＴＲＯ（Ｔｏｔａｌ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｏｘｉｄａｎｔｓ）のことであり、塩素系活性物質の添加による酸化性塩素濃度、及びこの酸化性塩素との反応により生じる他の酸化性成分が含まれる。この全残留酸化性物質濃度は、ＤＰＤ吸光度法を用いた市販の高精度ＴＲＯ計を用いて常温にて測定することができる。

具体的には、以下のような操作を行えばよい。まず、塩素系活性物質を添加していない未処理の海水などのバラスト水を採取し、試験的に塩素系活性物質を添加する。ここで、塩素系活性物質としては、殺菌性に優れているとともに、後述する全残留酸化性物質濃度による対数式による計算と実測値とがある程度近似することから、ジクロロイソシアヌル酸塩、トリクロロイソシアヌル酸塩および次亜塩素酸塩から選ばれた１種または２種以上を用いることができ、特に次亜塩素酸ナトリウムなどの次亜塩素酸塩が好ましい。

また、試験的な塩素系活性物質の添加量は、最大許容添加量（ＭＡＤ）、もしくはこれを超えない近似したものとするのが好ましい。ここで、最大許容添加量とは、ＩＭＯ基本承認時に設定されたバラスト水を最大添加できる濃度のことであり、被承認者は、この濃度を超えてバラスト水に塩素系活性物質を添加することはできない。このように試験的な塩素系活性物質の添加量を最大許容添加量とすることにより、後述するように全残留酸化性物質濃度による対数式の計算において、塩素系活性物質消費量の経時変化を良く模擬した対数近似曲線を得ることができる。

このように事前に採取したバラスト水に試験的に塩素系活性物質を添加したら、まず添加直後の全残留酸化性物質濃度（初期全残留酸化性物質濃度）を測定し、そのまま放置して全残留酸化性物質濃度の推移を数点確認する。

ここで、全残留酸化性物質濃度の推移を確認する時間は、バラスト水の処理の効率化の点で短い方が好ましいが、従来は短時間の測定時間では、実際のバラスト水への塩素系活性物質の添加量（濃度）の精度が低いという問題点があった。しかしながら、本実施形態では、１〜１２０分程度、特に１〜４０分程度の全残留酸化性物質濃度の推移を測定するだけで、実際のバラスト水への塩素系活性物質の添加濃度を精度よく決定することができる。また、この１〜１２０分の間の測定数は、多い方が精度的には好ましいが、本実施形態においては２点（初期全残留酸化性物質濃度も入れると３点）でよい。

この３点以上の経過時間（ｔ）における全残留酸化性物質濃度（Ｃ）に基づいて、上記対数式（１）を満たすａ及びｂの値を計算してこの対数式を完成し、対数近似曲線を作成する。塩素系活性物質は添加直後から減衰が始まるため、添加直後の活性物質濃度を厳密に測定することが難しい。そこで、対数近似曲線を作成する際、塩素系活性物質添加直後の濃度を最大許容添加量とし、この時の時間（ｔ）を０．１秒程度の極短時間と仮定することで実際の塩素系活性物質消費量の経時変化を良く模擬した対数近似曲線を得ることができる。

そして、作成した近似曲線を用いて、航海日数をバラスト水の排出時間（ｔ）と擬制し、このバラスト水排出時間（ｔ）を対数近似曲線に当て嵌めて、バラスト水排出時における全残留酸化性物質濃度が、０．１ｍｇ／Ｌ以上となる初期全残留酸化性物質濃度を設定し、これに基づき実際のバラスト水への塩素系活性物質の添加量を決定すればよい。全残留酸化性物質濃度が、０．１ｍｇ／Ｌ未満では、航海終了までバラスト水中の微小動物等の殺菌性を維持するのが困難となる。特に航海の時間が計画よりも長くなり残留塩素の無い時間が長期間にわたるとバクテリアの再増殖や耐久卵の孵化等が起こりうるため、塩素系活性物質の添加量は、バラスト水排出時間（ｔ）の全残留酸化性物質濃度が１〜１０ｍｇ／Ｌ、特に２〜５ｍｇ／Ｌとなるように添加することが好ましい。これにより、水質のばらつき、塩素消費のばらつき、近似曲線のばらつきを補正することができる、という効果も奏する。

なお、バラスト水の排出時は、排バラスト水に還元剤を供給して残存する塩素を還元し、残留塩素濃度を目標残留塩素濃度にまで低減した上で外部環境に排水する。この還元剤供給機構から供給される還元剤としては、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム（亜硫酸水素ナトリウム）、チオ硫酸ナトリウムなどを用いることができる。

以上、本発明について一実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば、全残留酸化性物質濃度は、ＤＰＤ吸光度法を用いたＴＲＯ計を用いて測定することに限定されるものではなく、同様の測定値が得られるものであれば、種々の測定手段が適用可能である。

以下の具体的実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
〔実施例１及び比較例１〕
４か所の港湾の海水（東京湾Ａ（海水（ｉ））、東京湾Ｂ（海水（ii））、静岡県漁港Ａ（海水（iii））及び静岡県漁港Ｂ（海水（iv））をサンプリングした。これらの海水の塩分濃度、ｐＨ、濁度、ＳＳ濃度、ＰＯＣ（懸濁態有機炭素）濃度及びＤＯＣ（溶存態有機炭素）濃度は表１に示すとおりであり、場所によりその水質が大きくことなるものであった。

これらの海水に、次亜塩素酸ナトリウムを、ＤＰＤ吸光度法を用いたＴＲＯ計による測定値で、全残留酸化性物質濃度で３０ｍｇ／Ｌとなるように添加した。この海水を密栓して２５℃の暗室に静置し、次亜塩素酸ナトリウム添加後の１４日後までの全残留酸化性物質濃度の推移をＤＰＤ法を用いてそれぞれ測定した結果を表１に示す。また、この測定値のうち５日後までの全残留酸化性物質濃度の推移を図１に示す。

次に、上記測定値において、次亜塩素酸ナトリウム添加直後の全残留酸化性物質濃度を３０ｍｇ／Ｌと仮定し、続いて５分、３０分後の全残留酸化性物質濃度から式（１）の対数式におけるａ及びｂを決定して、これに基づき海水（ｉ）〜（iv）の対数近似曲線をそれぞれ作成した。結果を図２に示す。

さらに、これら対数曲線から求められた海水（ｉ）〜（iv）の５日経過後の全残留酸化性物質濃度を算出し、実測値と対比した結果を図３に示す。また、比較のために特許文献１の算出方法に基づく５日後の全残留酸化性物質濃度の計算値と、実測値とを対比した結果を図４に示す。

図３及び図４より明らかなとおり、実施例１では実測値を精度良く模擬しているのに対し、従来法である特許文献１の算出方法に基づいた比較例１では、５日後の全残留酸化性物質濃度をほとんど模擬していなかった。これらのことから、本発明のバラスト水の制御方法により、短時間の全残留酸化性物質濃度の測定値から、長期間経過後の全残留酸化性物質濃度を精度よく模擬することができ、バラスト水の排水予定時間における全残留酸化性物質濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以上となる塩素系活性物質の添加量を過剰添加や添加不足なく設定することができることがわかった。

本発明のバラスト水の制御方法により、短時間の全残留酸化性物質濃度の測定値から、長期間経過後の全残留酸化性物質濃度を精度よく模擬することができるため、最適な塩素系活性物質の添加量を決定することができ、これにより、薬剤の船への搭載量、スペース、設備を最適化することが可能であり、結果的にコスト競争力のある処理装置を提供することが可能となる。

Claims (2)

1. 取水口から取水されたバラスト水をバラストタンクに供給するに際し、該バラスト水中の水生微生物を殺菌処理するための塩素系活性物質を添加するバラスト水の制御方法であって、
   塩素系活性物質を添加していない未処理のバラスト水をあらかじめ採取し、該未処理のバラスト水に塩素系活性物質を添加して前記塩素系活性物質による全残留酸化性物質濃度の経時的変化を測定し、３以上の計測時間の全残留酸化性物質濃度に基づき、下記対数式
   Ｃ＝ａ・ｌｎ（ｔ）＋ｂ
   （式中、ａ及びｂはそれぞれ反応定数であり、ｔは経過時間であり、Ｃは全残留酸化性物質濃度である。）
   を満たすａ及びｂの値を算出し、
   この算出された対数式からバラスト水の排水予定時間における全残留酸化性物質濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以上となる塩素系活性物質の添加量を決定する
   ことを特徴とするバラスト水の制御方法。
2. 前記塩素系活性物質が、ジクロロイソシアヌル酸塩、トリクロロイソシアヌル酸塩および次亜塩素酸塩から選ばれた１種または２種以上であることを特徴とする請求項１に記載のバラスト水の制御方法。

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